变压器工作原理及应用解析

二、变压器的工作原理

变压器的基本工作原理是电磁感应定律和全电流定律的应用。图9-1-1为一台单相变压器空载工作原理图。一台单相变压器由一个闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。两个线圈是互相绝缘的，没有电的联系，但因绕在同一个铁芯上而有磁的耦合。接电源的线圈称为原边线圈或初级线圈，用W1表示这个线圈的串联匝数；接负载的线圈称为副边线圈或次级线圈，用W2表示其串联匝数。

图9-1-1　变压器空载工作原理图

当副边开路而原边接入电压为u₁的交流电网时，在电压的作用下，原边线圈中有电流i₀流过，称为空载电流。空载电流i₀在铁芯中产生交变磁通Φ，其频率与电源频率相同。根据电磁感应定律，这个交变磁通同时交链原、副边线圈，便在原、副边线圈中分别感应电动势e₁与e₂。

式中：e₁、e₂为瞬时值。若用有效值表示，则可证明：

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空载时，外施电压U₁≈E₁，副边电压U₂₀＝E₂。所以

式中：K是变压器原、副边的电动势之比，简称变比（或匝比），它是变压器中的一个重要参数。由上式可见，原、副边电压之比决定于原、副线圈匝数之比，设计时，只要适当选择原、副线圈的匝数，便可将电源电压变成所需要的副边电压。对于三相变压器，变比是指相电动势之比。

副边接入负载后，在电动势E₂的作用下，副边便有电流I₂，通过电磁感应，原边电流也由空载时的I₀增大到I₁，因变压器的效率很高和原、副边的漏阻抗压降较小，故可近似认为原、副边的视在功率相等，即

U₁I₁＝U₂₀I₂

由此可见，变压器在改变电压的同时也改变了电流的大小。例如当K＞1时（W₁＞W₂），副边电压降低到原方电压U₁的倍，同时副边电流I₂增加到原边电流I₁的K倍。